專利名稱：基于電容測量原理的平面電容傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器裝置，尤其是涉及一種基于電容測量原理的平面電容傳感器。
背景技術(shù)：
在大規(guī)模集成電路、微機械、航天技術(shù)、計量科學(xué)與技術(shù)、光學(xué)與電子工程、 精密工程、生物芯片制造、納米科學(xué)與技術(shù)等諸多領(lǐng)域中迫切需要高精度、大 范圍的測量技術(shù)與裝置。其中測量部件的范圍與精度很大程度上決定了測量系 統(tǒng)的范圍與精度。在傳統(tǒng)的高精度定位系統(tǒng)中，大多采用兩個相互垂直安裝在定位平臺的X、 Y方向上的一維光柵來實現(xiàn)兩個方向上的位移測量。在這種情況 下，為了保證兩個一維光柵能得到較高的垂直度，對安裝精度以及安裝光柵的 部件的加工精度提出了較高的要求。國外的一些廠家制作了在同一個平面上加 工出X、 Y光柵線、形成柵格狀的平面光柵尺，但同時也增加了光信息讀取部件 制作的復(fù)雜性。 發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有定位系統(tǒng)中二維測量技術(shù)與裝置的不足，本發(fā)明的目的在于 提供一種基于電容測量原理的平面電容傳感器，該傳感器不僅能同時實現(xiàn)X、 Y 方向位移的測量，而且從結(jié)構(gòu)上對X向與Y向位移測量進行解耦，減少了數(shù)據(jù)處 理的時間。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是它包括平面電容上極板與平面電容下極板，平面電容下極板設(shè)有邊長為a 的正方形電容極板，且兩兩相鄰的正方形電容極板間距為正方形邊長，平面電 容上極板設(shè)有與下極板的電容極板形狀相同的四塊X向電容極板以及四塊Y向 電容極板，X向電容極板包括一組第一、第二測量極板和另一組第三、第四測 量極板，且兩組間在X向上相位差為90度，間距為1.5a,每組電容極板間的邊 線對齊，在Y方向上的間距為2a， 一組與另一組邊線對齊；Y向電容極板包括 一組第五、第六測量極板和另一組第七、第八測量極板，且兩組間在Y向上相 位差為90度，間距為1.5a，每組電容極板間的邊線對齊，在X方向上的間距為 2a， 一組與另一組邊線對齊。所述的電容極板為表面覆蓋有金屬層的極板。
本發(fā)明具有的有益效果是采用一個器件能同時實現(xiàn)X向與Y向的位移測量; 從結(jié)構(gòu)上對X向與Y向位移測量進行解耦，在測量方向上的電容量變化反映了位 置的變化，而在非測量方向上的電容總量保持不變，不會對測量方向上的電容 量變化產(chǎn)生影響，減少了數(shù)據(jù)處理的時間。


圖l是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖2是圖1的局部放大圖。圖3是平面電容上極板示意圖。圖4是平面電容下極板示意圖。圖中l(wèi).平面電容上極板，2.平面電容下極板，3.平面電容下極板的電容極 板，4.X向電容極板，4'.X向電容極板，5.X向電容極板，5'.X向電容極板，6.Y 向電容極板，6'.Y向電容極板，7.Y向電容極板，7'.Y向電容極板。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。如圖l、圖2所示，本發(fā)明包括平面電容上極板1與平面電容下極板2，平 面電容下極板2設(shè)有邊長為a的正方形電容極板3，且兩兩相鄰的正方形電容極 板3間距為正方形邊長，平面電容上極板1設(shè)有與下極板的電容極板形狀相同 的四塊X向電容極板4、 4'與5、 5'，以及四塊Y向電容極板6、 6'與7、 7，， X向電容極板包括一組第一、第二測量極板4、 4'和另一組第三、第四測量極板 5、 5，，且兩組間在X向上相位差為90度，間距為1.5a,每組電容極板間的邊 線對齊，在Y方向上的間距為2a， 一組與另一組邊線對齊；Y向電容極板包括 一組第五、第六測量極板6、 6'和另一組第七、第八測量極板7、 7，，且兩組間 在Y向上相位差為90度，間距為1.5a，每組電容極板間的邊線對齊，在X方向 上的間距為2a, —組與另一組邊線對齊；所述的電容極板為表面覆蓋有金屬層的極板。如圖1所示，本發(fā)明包括平面電容上極板1與平面電容下極板2;固定平面 電容上極板1和下極板2其中的一個，移動另一個，根據(jù)上極板1與下極板2 相對運動產(chǎn)生的電容量變化計算兩者的相對位移。如圖2、圖3、圖4所示，以一組X向電容極板4、 4'為例，當(dāng)平面電容 上極板1與下極板2沿X方向相對運動時，從X向電容極板4、 4，感應(yīng)的電容 量總和變化曲線與從X向電容極板5、 5'感應(yīng)的電容量總和變化曲線為兩個相 位差為90度、以2a為周期的三角波周期曲線；通過兩個相位差為90度的三角
波周期曲線可實現(xiàn)X方向上正負運動方向的辨別、整周期數(shù)的計算以及在一個三角波周期內(nèi)的位置細分；當(dāng)平面電容上極板1與下極板2沿Y方向相對運動 時，X向電容極板4、 4'形成差動結(jié)構(gòu)，感應(yīng)電容量總和在相對運動中不發(fā)生改 變，從結(jié)構(gòu)上確保X向電容極板4、 4，感應(yīng)電容量總和的變化只反映X方向的 相對位移，與Y方向運動無關(guān)；另一組X向電容極板5、 5'的原理與一組X向 電容極板4、 4'相同；如圖2、圖3、圖4所示，以一組Y向電容極板6、 6，為例，當(dāng)平面電容上 極板1與下極板2沿Y方向相對運動時，從Y向電容極板5、 5'感應(yīng)的電容量 總和變化曲線與從Y向測量極板6、 6'感應(yīng)的電容量總和變化曲線為兩個相位差 為90度的三角波周期曲線;通過兩個相位差為90度的三角波周期曲線可實現(xiàn)Y 方向上正負運動方向的辨別、整周期數(shù)的計算以及在一個三角波周期內(nèi)的位置 細分；當(dāng)平面電容上極板1與下極板2沿X方向相對運動時，Y向電容極板6、 6'形成差動極板，感應(yīng)的電容量總和在運動中不發(fā)生改變，從結(jié)構(gòu)上確保Y向 電容極板6、 6'感應(yīng)電容量總和的變化只反映Y方向的相對位移，與X方向運 動無關(guān)；另一組Y向電容量極板7、 7'原理與一組Y向電容極板6、 6'相同。
權(quán)利要求
1.基于電容測量原理的平面電容傳感器，其特征在于它包括平面電容上極板(1)與平面電容下極板(2)，平面電容下極板(2)設(shè)有邊長為a的正方形電容極板(3)，且兩兩相鄰的正方形電容極板(3)間距為正方形邊長，平面電容上極板(1)設(shè)有與下極板的電容極板形狀相同的四塊X向電容極板(4、4’與5、5’)，以及四塊Y向電容極板(6、6’與7、7’)，X向電容極板包括一組第一、第二測量極板(4、4’)和另一組第三、第四測量極板(5、5’)，且兩組間在X向上相位差為90度，間距為1.5a，每組電容極板間的邊線對齊，在Y方向上的間距為2a，一組與另一組邊線對齊；Y向電容極板包括一組第五、第六測量極板(6、6’)和另一組第七、第八測量極板(7、7’)，且兩組間在Y向上相位差為90度，間距為1.5a，每組電容極板間的邊線對齊，在X方向上的間距為2a，一組與另一組邊線對齊。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于電容測量原理的平面電容傳感器，其特征在 于所述的電容極板為表面覆蓋有金屬層的極板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于電容測量原理的平面電容傳感器。包括平面電容上極板與平面電容下極板；固定平面電容上極板和下極板其中的一個，移動另一個，根據(jù)上極板與下極板相對運動產(chǎn)生的電容量變化計算兩者的相對位移。采用一個器件能同時實現(xiàn)X向與Y向的位移測量；從結(jié)構(gòu)上對X向與Y向位移測量進行解耦，在測量方向上的電容量變化反映了位置的變化，而在非測量方向上的電容總量保持不變，不會對測量方向上的電容量變化產(chǎn)生影響，減少了數(shù)據(jù)處理的時間。
文檔編號G01D5/12GK101118148SQ20071007122
公開日2008年2月6日 申請日期2007年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者李欣欣, 文 王, 陳子辰 申請人:浙江大學(xué)